CN217423958U - 立式悬浮沸腾反应装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种立式悬浮沸腾反应装置，包括自上至下依次布置的：旋风分离设备，其包括至少一级旋风分离器；立式悬浮反应设备，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层，所述立式悬浮反应设备的耐火浇注层的内部空腔由悬浮腔、分离腔间隔串联布置：沸腾冷却设备，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层。本实用新型还公开了一种立式悬浮沸腾反应系统。本实用新型装置生产效率高，节能效果显著，系统可独立控制反应和冷却环境的气氛，有效的缩短了反应时间和换热路径，可满足快速反应和高效换热的复杂工艺要求。

Description

立式悬浮沸腾反应装置及系统

技术领域

本实用新型涉及悬浮煅烧和沸腾冷却技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种立式悬浮沸腾反应装置及其系统。

背景技术

当前无机非金属材料煅烧和制备领域，最常见的固体煅烧反应以三种煅烧技术应用最广，分别是块状煅烧、颗粒煅烧、粉末煅烧。其中以粉末煅烧设备生产效率最高，能耗最低，当前很多粉末煅烧工艺在预热阶段进行悬浮换热的技术成熟，然而在煅烧反应时，其产品都有一个球状颗粒化的过程，现在的煅烧和冷却设备以粉末悬浮反应为主要发展方向，现有的悬浮反应设备无法处理球化物料，只能在回转窑中实现，以悬浮预热器和分解炉生产水泥熟料规模最大，生产最稳定，当前主流的标准化生产设备小时生产能力达到240吨以上，但是当前的水泥、陶粒、陶砂等仅是在预热和分解部分实现了悬浮流程，主要的合成和冷却还是在回转窑和篦冷机内完成，依然是长流程制备过程，以现在的工业水平很难再继续降低能耗。

典型的煅烧反应不仅需要很高的温度，同时温度变化的速度也就是温度梯度的大小也极大的影响了煅烧反应的合成速度，温度梯度小，反应流程长，使物料的反应活性低，反应时间延长，就会使反应后的物料粒度增长，直径变得很大，才能达到要求，同时大梯度的温度变化，可以提高物料在合成前的活性，缩短反应时间，反应流程短，同时减小煅烧反应后合成物料的粒度直径，这就是本实用新型努力实现的快速煅烧工艺的方向和原因。

传统的煅烧反应设备和装置因为不能在设备内的高温腔内成球，需要在外部设置回转窑等重型设备，不仅拉长了反应时间，反应流程增大，例如水泥的石灰石分解时间和煅烧生产水泥熟料矿物的时间在半个小时以上，石灰的活性已经降低，因此总的长流程反应使能耗较高，设备庞大。

在一些新推广的悬浮反应装置和系统中，因为也涉及到成球，但是成球后的物料会降低悬浮换热的效率，因此当前一些全悬浮的煅烧反应设备要依靠增加更多级的旋风换热设备，这不免会增加设备的高度和复杂化，并且每多一级就消耗更多的动能，增加了风阻，延长了反应流程，不利于节能。

实用新型内容

本实用新型提供一种立式悬浮沸腾反应装置及系统，装置反应时间短、反应压力可控，可实现密相煅烧，并且换热充分，物料烧成时的温度梯度远大于传统煅烧反应的设备，生产效率高，节能效果显著，系统可独立控制反应和冷却环境的气氛，有效的缩短了反应时间和换热路径，可满足快速反应和高效换热的复杂工艺要求。

为了实现本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种立式悬浮沸腾反应装置，包括自上至下依次布置的：

旋风分离设备，其包括至少一级旋风分离器，二级以上的旋风分离器时采用串联布置，任一级旋风分离器由两个或两个以上的旋风分离器组成时，同一级的旋风分离器采用并联布置，每个所述旋风分离器至少布置有位于侧部切向进风管上的物料进口和烟气进口、位于顶部的烟气出口、位于底部的物料出口，选择其中一级旋风分离器中的至少一个旋风分离器的物料进口为第一原料进口；

立式悬浮反应设备，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层，所述立式悬浮反应设备的耐火浇注层的内部空腔由悬浮腔、分离腔间隔串联布置且顶部为悬浮腔、底部为分离腔，其中悬浮腔内径大于分离腔内径，悬浮腔、分离腔之间设有变径的过渡腔，顶部的悬浮腔布置有位于顶部或侧部的第二原料进口、烟气出口、物料进口和燃料进口：

沸腾冷却设备，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层，所述沸腾冷却设备的耐火浇注层内部空腔为沸腾腔，其顶部与所述立式悬浮反应设备的分离腔贯通，所述沸腾腔布置有风帽及布风管道，所述沸腾腔底部布置有成品出口、侧部布置有第一进风口，布风管道与第一进风口连通；

其中，所述立式悬浮反应设备的烟气出口与所述旋风分离设备的烟气进口连通，所述旋风分离设备的物料出口与所述立式悬浮反应设备的物料进口连通。

优选的是，

所述旋风分离设备形成旋风预热段；

所述立式悬浮反应设备的上部的至少一个悬浮腔、过渡腔和分离腔进行悬浮煅烧反应，物料以悬浮方式进行煅烧反应并球化，形成煅烧球化段；

所述立式悬浮反应设备的下部的至少二个悬浮腔、过渡腔和分离腔进行悬浮换热反应，物料以悬浮方式分离粉末和颗粒物料，形成悬浮换热段；

所述沸腾冷却设备内的物料在沸腾腔内堆积，物料以沸腾和堆积换热方式运行，形成沸腾冷却段，成品出口设置一定高度的出料管，形成料位密封。

优选的是，所述立式悬浮沸腾反应装置外侧或中心布置有混合烟气管道，所述混合烟气管道的下端连通所述悬浮换热段、上端与所述旋风预热段的烟气进口连通，使部分循环冷却的烟气不经过煅烧球化段直接进入旋风预热段。

优选的是，所述立式悬浮沸腾反应装置的煅烧球化段包含至少两个悬浮腔和分离腔，顶部的至少一个悬浮腔为热解区，其下部的至少一个悬浮腔为煅烧球化区，煅烧球化区的温度高于热解区，上层热解区控制氧气含量小于5％，下层煅烧球化区控制氧气含量大于9.5％。

优选的是，煅烧球化段外壳设置水套：

所述煅烧球化段外壳布置有水套，水套内部装有冷却水，水套内壁材料采用耐热防腐合金材料。

立式悬浮沸腾反应系统，包括：

原料均化处理设备，其将原料进行均化，控制轻质物料粒径小于7.5mm，中密度物料粒径小于2.5mm，重质物料粒径小于1mm，所述原料均化处理设备具有原料出口；

上述的立式悬浮沸腾反应装置，所述的立式悬浮沸腾反应装置的第一原料进口和/或第二原料进口与所述原料均化处理设备的原料出口连通，所述的立式悬浮沸腾反应装置的燃料进口与燃料源通过管道连通；

换热器，其为锅炉或气体换热器或二者串联布置，所述换热器的烟气进口与所述立式悬浮沸腾反应装置的旋风分离设备的烟气出口连通；

除尘净化设备，其采用袋式除尘器或湿式电除尘器，所述除尘净化设备的进风口与所述换热器的烟气出口连通，所述除尘净化设备的出料口与副产品仓连通；

主风机，其向所述立式悬浮沸腾反应装置提供新风，所述主风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通；

引风机，所述引风机的进风口与所述除尘净化设备的烟气出口连通，所述引风机的出风口与烟囱或者储气罐连通；

立式悬浮反应系统悬浮腔内球化煅烧时，绝对压力控制范围0.85～19.75atm，以适应不同的原料和生产工艺要求。

优选的是，还包括：

循环风机，所述循环风机的进风口也与所述除尘净化设备的进风口连通，所述循环风机的出风口也与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积和参与循环的烟气量的标准体积比值，烟气循环系数比值范围是1:0.75～1.75。

优选的是，所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述换热器包括气体换热器，所述主风机改向所述气体换热器提供新风，所述主风机的出风口与所述气体换热器的新风进口连通，所述气体换热器的新风出口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供热风；

还包括：

循环风机，所述循环风机的进风口也与所述除尘净化设备的进风口连通，所述循环风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环冷却烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积与参与循环的烟气量比值，烟气循环系数比值范围是1:0.75～3.75，氧气含量控制在0.15～8.75％。

优选的是，所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述换热器包括气体换热器，所述主风机改向所述气体换热器提供新风，所述主风机的出风口与所述气体换热器的新风进口连通，所述气体换热器的新风出口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供热风；

还包括：

循环风机，所述循环风机的进风口也与所述除尘净化设备的进风口连通，所述循环风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积与参与循环的烟气量比值，烟气循环系数比值范围是1:0.10～3.75，一氧化碳含量控制在0.15～4.75％。

优选的是，不包括换热器与除尘净化设备，

所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述的立式悬浮沸腾反应装置的第一原料进口与所述原料均化处理设备的原料出口连通；

还包括高温除尘器，高温除尘器的烟气进口与立式悬浮沸腾反应装置的烟气出口连通；

还包括循环水喷淋设备，其烟气进口与所述高温除尘器的烟气出口连通；

还包括循环风机，所述循环风机的进风口也与所述循环水喷淋设备的烟气出口连通，所述循环风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供含有煤气的循环烟气与水蒸汽混合气体；

所述引风机的进风口改与所述循环水喷淋设备的烟气出口连通，所述引风机的出风口改与煤气管道或储气罐连通。

本实用新型至少包括以下有益效果：

第一、本实用新型的立式悬浮沸腾反应装置由旋风分离设备、立式悬浮反应设备和沸腾冷却设备自上而下串联组合构成，整个装置分为旋风预热段、煅烧球化段、悬浮换热段、沸腾冷却段，反应时间短，反应压力可控，可实现密相煅烧，并且换热充分，物料烧成时的温度梯度远大于传统煅烧反应的设备，生产效率高，节能效果显著；

第二、本实用新型的立式悬浮沸腾反应系统中配置有原料均化处理设备、立式悬浮沸腾反应装置、换热器、除尘净化设备、主风机、引风机等等，不仅能精确控制反应温度和梯度，并能调整成品颗粒度，整个系统可独立控制反应和冷却环境的气氛，有效的缩短了反应时间和换热路径，可满足快速反应和高效换热的复杂工艺要求。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型一种技术方案的立式悬浮沸腾反应装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一种技术方案的立式悬浮沸腾反应装置的结构示意图；

图3为本实用新型另一种技术方案的立式悬浮沸腾反应装置的结构示意图；

图4为本实用新型另一种技术方案的立式悬浮沸腾反应系统的结构示意图；

图5为本实用新型另一种技术方案的立式悬浮沸腾反应系统的结构示意图；

图6为本实用新型另一种技术方案的立式悬浮沸腾反应系统的结构示意图；

图7为本实用新型另一种技术方案的立式悬浮沸腾反应系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、2、3所示，本实用新型提供一种立式悬浮沸腾反应装置，包括自上至下依次布置的：

旋风分离设备11，其包括至少一级旋风分离器，二级以上的旋风分离器时采用串联布置，任何一级旋风分离器由两个或两个以上的旋风分离器组成时，同一级的旋风分离器采用并联布置，每个所述旋风分离器至少布置有位于侧部切向进风管上的物料进口(多级时，最上一级可以不设物料进口)和烟气进口、位于顶部的烟气出口、位于底部的物料出口，选择其中一级旋风分离器中的至少一个旋风分离器的物料进口为第一原料进口；

需要说明的是，在实际设计过程中，最上一级旋风分离器如果只用于分离而不用于原料的预热，可以取消最上一级旋风分离器的物料进口；

立式悬浮反应设备12，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层，所述立式悬浮反应设备12的耐火浇注层的内部空腔由悬浮腔、分离腔间隔串联布置且顶部为悬浮腔、底部为分离腔，其中悬浮腔内径大于分离腔内径，悬浮腔、分离腔之间设有变径的过渡腔，顶部的悬浮腔布置有位于顶部或侧部的第二原料进口、烟气出口、物料进口和燃料进口：

沸腾冷却设备13，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层，所述沸腾冷却设备13的耐火浇注层内部空腔为沸腾腔，其顶部与所述立式悬浮反应设备的分离腔贯通，所述沸腾腔布置有风帽及布风管道，所述沸腾腔底部布置有成品出口、侧部布置有第一进风口，布风管道与第一进风口连通；

其中，所述立式悬浮反应设备12的烟气出口与所述旋风分离设备11的烟气进口连通，所述旋风分离设备11的物料出口与所述立式悬浮反应设备12的物料进口连通。

在上述技术方案中，创造性的利用悬浮腔的重力及悬浮特点，利用物料在悬浮腔内煅烧反应的过程中部分或全部液化时，小粒径的粉末原料快速升温并全部或部分液化后，互相沾接聚集变成球体并不断扩大，以下称为球化过程，当球体直径增大到设定范围时，球体的重力大于所受到的悬浮力，从悬浮腔内下落到分离腔并通过，粒径小的球体又返回到悬浮腔，至直径扩大到能通过分离腔后进入下一个悬浮换热过程。

旋风分离设备11多级时旋风分离器为串联布置，二级及以上时，最底部为一级，其上部为二级，再上部为三级，依此类推，二级及以上的上部旋风分离器的物料出口与下部旋风分离器物料进口连通；选择最上一级或倒数第二级至少一个旋风分离器的物料进口为第一原料进口。多级预热型满足更多原料及更多产品的不同煅烧需要，更适用磁化焙烧等产品，也可以用于水泥、陶砂、莫来石、镁砂、油页岩炼制、生物炭、褐煤焦化等，通过多级预热，可以增加原料和烟气的换热能力，有效的提高热量的回收效率，降低换热设备的负荷，降低投资。相对于现有技术，特别是将水泥、陶粒的回转窑设备取消，同时热效率和生产效率还能提高，节能效果显著，原料的适应性更好。

根据原料的特性可以选择第一和第二原料进口分别进料，也可以选择同时进料，在实际生产过程中为了有利于物料球化过程，可以将熔点不同的原料从不同的原料进口加入，烟气中含有一定浓度的固体，原料经过快速升温，反应活性更高，物料高温成球的效果更好，通过对原料浓度及烟气上行速度的控制，对高温煅烧过程中的物料成球时间进行控制，控制成品的粒径在一定范围内，通常小于5mm，使整个预热、煅烧、冷却反应过程可以在立式反应装置中全部快速完成，从而能够取消生产设备中的回转窑设备，不仅使反应路径缩短，流程缩短，同时具有效率高，反应时间短，反应压力可控，可实现密相煅烧，并且换热充分，物料烧成时的温度梯度远大于传统煅烧反应的设备，具有生产效率高，节能效果显著。

需要说明的是，在生产水泥或陶砂以及莫来石等产品时，在原料全部或部分为煤矸石等含热值较高的原料时，正常生产时无需外加燃料，原有的燃料进口依然需要保留，主要用于点火时使用。

在另一种技术方案中，如图2所示，

所述旋风分离设备11形成旋风预热段21；

所述立式悬浮反应设备12的上部的至少一个悬浮腔、过渡腔和分离腔进行悬浮煅烧反应，物料以悬浮方式进行煅烧反应并球化，形成煅烧球化段22；

所述立式悬浮反应设备12的下部的至少二个悬浮腔、过渡腔和分离腔进行悬浮换热反应，物料以悬浮方式分离粉末和颗粒物料并实现上行的热风与下行的颗粒物料换热，形成悬浮换热段23；

所述沸腾冷却设备13内的物料在沸腾腔内堆积，在高压风的作用下部分流态化，物料以沸腾和堆积换热方式运行，以物料流态化换热效果最好，形成沸腾冷却段24；

成品出口设置一定高度的出料管，控制物料排出的速度，使其管内的物料堆积从而形成料位密封。

在上述技术方案中，立式悬浮沸腾反应装置集悬浮预热、悬浮煅烧和反应、煅烧球化、悬浮换热、沸腾冷却功能于一体，特别适用于反应前是粉末，反应后是颗粒的高温煅烧反应，通过控制煅烧反应温度和气体流速，使原料在第一原料和第二原料进入时，温度快速升高，在煅烧球化段22内部因高温发生部分或全部熔融并球化，在与其他物料接触过程中，球体直径逐渐变大，当其自重大于上行风的阻力后下落，再通过分离腔进入悬浮换热段23，部分粒度小的物料在通过分离段时，被因直径缩小风速增加的上行风再次带入煅烧球化段22内继续球化并使其直径继续增加，直至下落时能通过分离腔，通过煅烧球化段22的物料在悬浮换热带内与上行风换热冷却后，落入沸腾冷却段24，经过较长时间的冷却降温后排出，完成原料到成品的预热、煅烧和冷却反应。

本实用新型的反应系统集成了悬浮和沸腾换热技术，将在煅烧球化段22的球化半成品物料在下落过程中充分换热和剥离粉末原料，球化半成品在底部沸腾换热时，可以较大的增长换热时间，达到充分换热冷却的目的。

在系统中采用低于1atm标准大气压时的低气压时，有利于原料升温后的快速分解，适用于生物炭的生产工艺，当采用远大于1atm标准大气压时的高气压时，可以有效的提高温度，包括一些加氢裂化反应，可以提高页岩油的产率及品质。

在另一种技术方案中，如图3所示，立式悬浮沸腾反应装置的煅烧球化段的热解区或者整个煅烧球化段22需要控制氧气含量时，因为来自于底部的烟气会影响煅烧气体的氧含量，因此直接将悬浮换热段23的烟气能过混合烟气管道14导入到上部的旋风预热段 21，从而提高底部悬浮换热段23和沸腾冷却段24的热热能力的同时，减小对煅烧球化段 22煅烧区及热解区的氧气含量及温度的影响，所述立式悬浮沸腾反应装置外侧或中心布置有混合烟气管道14，所述混合烟气管道14的下端连通所述悬浮换热段23、上端与所述旋风预热段21的烟气进口连通，使部分循环冷却的烟气不经过煅烧球化段22直接进入旋风预热段21。

在上述技术方案中，针对一些原料不需要大量的氧气，又需要大量的冷却气体，如果全部气体进入煅烧反应段，有大大降低反应段的氧气浓度，甚至没办法正常燃烧的情况，本技术方案将用于冷却和换热的大量不用于燃烧的气体直接绕过煅烧球化段22进入旋风预热段21，解决了全部冷却气体进入反应设备的弊端，使一部分冷却烟气直接进行旋风预热段21，还能更好的回收热量，并且可以有效控制煅烧球化段22的氧浓度，达到热效率和生产效率的平衡。有时根据设计的需要，有一部分的烟气会导入到煅烧球化段22的热解区，以增加物料的热解能力。

在另一种技术方案中，所述立式悬浮沸腾反应装置的煅烧球化段22包含至少两个悬浮腔和分离腔，顶部的至少一个悬浮腔为热解区，其下部的至少一个悬浮腔为煅烧球化区，煅烧球化区的温度高于热解区，通常热解决区的温度控制在650～950℃，煅烧球化区温度控制在1050～1350℃，上层热解区控制氧气含量小于5％，下层煅烧球化区控制氧气含量大于9.5％。

在上述技术方案中，针对页岩油生产工艺以块状物料为主的窑炉，生产效率低，同时产生大量的半焦固废，非常难于处理的情况，本技术方案采用粉末悬浮生产方式，极大的提高了生产效率，采用独立热解的方式，可以使物料在球化之前，使大部分的油和气分离出来，适用对象为页岩制煤气和重油，同时副产陶砂，不仅大幅度提高效率，并且副产陶砂的强度更高，可代替性能要求很高的河砂，并且提高混凝土建筑的保温性能并降低重量，大幅度提高了页岩的经济效益和环保效益，用于生物炭制备时可满足生物炭的生产要求，同时副产生物燃气和焦油，在用于褐煤焦化生产工艺时，不仅可生产高质量的冶金焦粒，还可副产煤气和焦油。

在另一种技术方案中，如图2所示，煅烧球化段22外壳设置水套：

所述煅烧球化段22外壳布置有水套，水套内部装有冷却水，水套内壁材料采用耐热防腐合金材料。

在上述技术方案中，针对一些原料的熔点低，容易与立式悬浮反应设备12的侧壁粘结，影响球化及球体扩大的过程，有时会形成大块，降低反应设备内腔的容积，形成大块后会掉落，给设备的正常运行带来不可预见的风险，本技术方案采用水冷壁迅速冷却熔融的物料，有利于物料反应的球化，保证设备的正常运行。

立式悬浮沸腾反应系统，如图4所示，包括：

原料均化处理设备31，其将原料进行均化，控制轻质物料粒径小于7.5mm，中密度物料粒径小于2.5mm，重质物料粒径小于1mm，所述原料均化处理设备31具有原料出口；

所述的立式悬浮沸腾反应装置，所述的立式悬浮沸腾反应装置的第一原料进口和/或第二原料进口与所述原料均化处理设备31的原料出口连通，所述的立式悬浮沸腾反应装置的燃料进口与燃料源32通过管道连通；

换热器，其为锅炉51或气体换热器52或二者串联布置，所述换热器的烟气进口与所述立式悬浮沸腾反应装置的旋风分离设备11的烟气出口连通；

除尘净化设备6，其采用袋式除尘器或湿式电除尘器，所述除尘净化设备6的进风口与所述换热器的烟气出口连通，所述除尘净化设备6的出料口与副产品仓连通；

主风机41，其向所述立式悬浮沸腾反应装置提供新风，所述主风机41的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通；

引风机42，所述引风机42的进风口与所述除尘净化设备6的烟气出口连通，所述引风机42的出风口与烟囱或者储气罐连通；

立式悬浮反应系统悬浮腔内球化煅烧时，绝对压力控制范围0.85～19.75atm，以适应不同的原料和生产工艺要求。

在上述技术方案中，基本型主要用于水泥熟料的生产制造，也可以用于大多数粉末原料和颗粒成品的生产，例如陶砂、莫来石、镁砂。

由于传统的煅烧反应时间长，物料从分解到合成是分开进行的，本技术方案为基本型，将分解与合成反应合并在一个反应器中进行，缩短了反应路径和时间，加快了反应进程，具有明显的提高效率和节能效果，可满足产品粒度较小的产品煅烧反应的需要，适用普通的高温煅烧反应，主要针对外加燃料和原料分开的情况，适用于大部分反应后颗粒增大及重质物料的焙烧反应，以水泥熟料的生产为例，选择将石灰石以外的原料从第一原料进口加入，石灰石原料在第二原料进口进入，使石灰石原料快速升温并使碳酸钙闪速分解，增加分解后石灰的活性，高活性的石灰在较低的温度就可以与其他原料快速反应，并有效缩短物料的反应时间并降低能耗。选择将石灰石原料从第一原料进口加入，石灰石以外的原料在第二原料进口进入，使石灰石原料经过预热再进入煅烧球化段22，针对难以分解的石灰石更适用，同时可以降低烟气的排出温度，通过提高煅烧球化段22的温度，也可以快速完成水泥熟料的球化过程，并有效缩短物料的反应时间并降低能耗，当然选择什么样的工艺主要取决于原料的性质和煅烧过程中的成球化要求及成品的品质要求。同时在反应装置排出的烟气温度较高，可以直接带动锅炉51发电，提高反应装置的发电功率，甚至除满足自用电之外，还可以对外供电，对于以煤为主要燃料，电价较高的地段更为有利，特别以在以煤矸石为原料制备陶粒或陶砂的工艺中，因为工艺所需热量有限，更多的热能可以用于发电，增加煤矸石处理的环保和社会效益，同时也有不错的经济效益。

在另一种技术方案中，如图5所示，还包括：

循环风机43，所述循环风机43的进风口与所述除尘净化设备6的进风口连通，所述循环风机43的出风口也与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积和参与循环的烟气量的标准体积比值，烟气循环系数比值范围是1:0.75～1.75。

在上述技术方案中，烟气循环型，适用对象为水泥熟料的生产，特别是原料中含有煤矸石等有一定热值的原料，其最终所需热量小于原料和燃料中所含热量。增加烟气循环的适用对象同前述所有产品，降低煅烧段的温度和氧气浓度，同时增加气体量，提高物料的冷却能力，回收热量，并降低高温煅烧球化时氧浓度，有利于降低烟气中氮氧化物的浓度，有利于环保的达标排放，在烟气换热系统中可以增加气体换热器52，所产生的热风可用于物料的烘干。

在另一种技术方案中，如图5所示，所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述换热器包括气体换热器52，所述主风机41改向所述气体换热器52提供新风，所述主风机41的出风口与所述气体换热器52的新风进口连通，所述气体换热器52的新风出口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供热风；

还包括：

循环风机43，所述循环风机43的进风口与所述除尘净化设备6的进风口连通，所述循环风机43的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环冷却烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积与参与循环的烟气量比值，烟气循环系数比值范围是1:0.75～3.75，氧气含量控制在0.15～8.75％。

在上述技术方案中，全烟气循环型，适用对象为陶粒和陶砂，莫来石等生产和制备时，有助于达到球化煅烧的效果。

针对一些需要热量较少或者放热反应明显的合成反应，新风的量远远不能满足成品物料的冷却过程，热量不能完全带走，导致成品温度过高，浪费能源，如果加入过多烟气，氧气浓度太低，燃料不能完全燃烧，也会造成能源浪费的情况，本技术方案所有的沸腾冷却气体为循环烟气，新风经过气体换热器52后温度升高，直接进入煅烧球化段22助燃。

在另一种技术方案中，如图6所示，

所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述换热器包括气体换热器52，所述主风机41改向所述气体换热器52提供新风，所述主风机41的出风口与所述气体换热器52的新风进口连通，所述气体换热器52的新风出口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供热风；

还包括：

循环风机43，所述循环风机43的进风口与所述除尘净化设备6的进风口连通，所述循环风机43的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积与参与循环的烟气量比值，烟气循环系数比值范围是1:0.10～3.75，一氧化碳含量控制在0.15～4.75％。

在上述技术方案中，还原烟气循环型，适用对象为还原铁及褐铁矿磁化焙烧等，需要说明的是在褐铁矿的磁化焙烧过程中，虽然成品没有达到液化温度，达不到煅烧球化的要求，但因为物料密度大，也能达到球化煅烧的效果。

针对一些需要热量较少或者放热反应明显的合成反应，新风的量远远不能满足成品物料的冷却过程，热量不能完全带走，导致成品温度过高，浪费能源，如果加入过多烟气，氧气浓度太低，燃料不能完全燃烧，也会造成能源浪费的情况，本技术方案所有的沸腾冷却气体为循环烟气，新风经过气体换热器52后温度升高，直接进入煅烧球化段22助燃。

在另一种技术方案中，如图7所示，不包括换热器与除尘净化设备6，

所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述的立式悬浮沸腾反应装置的第一原料进口与所述原料均化处理设备31的原料出口连通；

还包括高温除尘器7，高温除尘器7的烟气进口与立式悬浮沸腾反应装置的烟气出口连通；

还包括循环水喷淋设备8，其烟气进口与所述高温除尘器7的烟气出口连通；

还包括循环风机43，所述循环风机43的进风口也与所述循环水喷淋设备8的烟气出口连通，所述循环风机43的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供含有煤气的循环烟气与水蒸汽混合气体；

所述引风机42的进风口改与所述循环水喷淋设备8的烟气出口连通，所述引风机42 的出风口改与煤气管道或储气罐连通用于煤气对外输送。

在上述技术方案中，水冷循环型，适用对象为油页岩炼制、生物炭的制备、褐煤的焦化，同时副产生物煤气和焦油。

本技术方案中，可以采用在第一原料进口加入原料，使烟气中的部分未分解的沥青类重油与低温进入的原料结合后，返回悬浮热解区继续分解，变成油气，随烟气排出，形成高品质油气。

本技术方案还可以在热解区采用加氢装置，同时采用高压反应，新风采用富氧空气或纯氧，以提高催化剂的利用效率，能够使页岩直接生产轻质原油，从而有效的提高所产油的品质。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.立式悬浮沸腾反应装置，其特征在于，包括自上至下依次布置的：

旋风分离设备，其包括至少一级旋风分离器，二级以上的旋风分离器时采用串联布置，任一级旋风分离器由两个或两个以上的旋风分离器组成时，同一级的旋风分离器采用并联布置，每个所述旋风分离器至少布置有位于侧部切向进风管上的物料进口和烟气进口、位于顶部的烟气出口、位于底部的物料出口，选择其中一级旋风分离器中的至少一个旋风分离器的物料进口为第一原料进口；

立式悬浮反应设备，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层，所述立式悬浮反应设备的耐火浇注层的内部空腔由悬浮腔、分离腔间隔串联布置且顶部为悬浮腔、底部为分离腔，其中悬浮腔内径大于分离腔内径，悬浮腔、分离腔之间设有变径的过渡腔，顶部的悬浮腔布置有位于顶部或侧部的第二原料进口、烟气出口、物料进口和燃料进口：

沸腾冷却设备，其包括自外而内依次设置的壳体、保温层、耐火浇注层，所述沸腾冷却设备的耐火浇注层内部空腔为沸腾腔，其顶部与所述立式悬浮反应设备的分离腔贯通，所述沸腾腔布置有风帽及布风管道，所述沸腾腔底部布置有成品出口、侧部布置有第一进风口，布风管道与第一进风口连通；

其中，所述立式悬浮反应设备的烟气出口与所述旋风分离设备的烟气进口连通，所述旋风分离设备的物料出口与所述立式悬浮反应设备的物料进口连通。

2.如权利要求1所述的立式悬浮沸腾反应装置，其特征在于，

所述旋风分离设备形成旋风预热段；

所述立式悬浮反应设备的上部的至少一个悬浮腔、过渡腔和分离腔进行悬浮煅烧反应，物料以悬浮方式进行煅烧反应并球化，形成煅烧球化段；

所述立式悬浮反应设备的下部的至少二个悬浮腔、过渡腔和分离腔进行悬浮换热反应，物料以悬浮方式分离粉末和颗粒物料，形成悬浮换热段；

所述沸腾冷却设备内的物料在沸腾腔内堆积，物料以沸腾和堆积换热方式运行，形成沸腾冷却段，成品出口设置一定高度的出料管，形成料位密封。

3.如权利要求2所述的立式悬浮沸腾反应装置，其特征在于，所述立式悬浮沸腾反应装置外侧或中心布置有混合烟气管道，所述混合烟气管道的下端连通所述悬浮换热段、上端与所述旋风预热段的烟气进口连通，使部分循环冷却的烟气不经过煅烧球化段直接进入旋风预热段。

4.如权利要求2所述的立式悬浮沸腾反应装置，其特征在于，所述立式悬浮沸腾反应装置的煅烧球化段包含至少两个悬浮腔和分离腔，顶部的至少一个悬浮腔为热解区，其下部的至少一个悬浮腔为煅烧球化区，煅烧球化区的温度高于热解区，上层热解区控制氧气含量小于5％，下层煅烧球化区控制氧气含量大于9.5％。

5.如权利要求2所述的立式悬浮沸腾反应装置，其特征在于，煅烧球化段外壳设置水套：

所述煅烧球化段外壳布置有水套，水套内部装有冷却水，水套内壁材料采用耐热防腐合金材料。

6.立式悬浮沸腾反应系统，其特征在于，包括：

原料均化处理设备，其将原料进行均化，控制轻质物料粒径小于7.5mm，中密度物料粒径小于2.5mm，重质物料粒径小于1mm，所述原料均化处理设备具有原料出口；

权利要求1-5任一项所述的立式悬浮沸腾反应装置，所述的立式悬浮沸腾反应装置的第一原料进口和/或第二原料进口与所述原料均化处理设备的原料出口连通，所述的立式悬浮沸腾反应装置的燃料进口与燃料源通过管道连通；

换热器，其为锅炉或气体换热器或二者串联布置，所述换热器的烟气进口与所述立式悬浮沸腾反应装置的旋风分离设备的烟气出口连通；

除尘净化设备，其采用袋式除尘器或湿式电除尘器，所述除尘净化设备的进风口与所述换热器的烟气出口连通，所述除尘净化设备的出料口与副产品仓连通；

主风机，其向所述立式悬浮沸腾反应装置提供新风，所述主风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通；

引风机，所述引风机的进风口与所述除尘净化设备的烟气出口连通，所述引风机的出风口与烟囱或者储气罐连通；

立式悬浮反应系统悬浮腔内球化煅烧时，绝对压力控制范围0.85～19.75atm，以适应不同的原料和生产工艺要求。

7.如权利要求6所述的立式悬浮沸腾反应系统，其特征在于，还包括：

循环风机，所述循环风机的进风口也与所述除尘净化设备的进风口连通，所述循环风机的出风口也与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积和参与循环的烟气量的标准体积比值，烟气循环系数比值范围是1:0.75～1.75。

8.如权利要求6所述的立式悬浮沸腾反应系统，其特征在于，

所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述换热器包括气体换热器，所述主风机改向所述气体换热器提供新风，所述主风机的出风口与所述气体换热器的新风进口连通，所述气体换热器的新风出口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供热风；

还包括：

循环风机，所述循环风机的进风口也与所述除尘净化设备的进风口连通，所述循环风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环冷却烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积与参与循环的烟气量比值，烟气循环系数比值范围是1:0.75～3.75，氧气含量控制在0.15～8.75％。

9.如权利要求6所述的立式悬浮沸腾反应系统，其特征在于，

所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述换热器包括气体换热器，所述主风机改向所述气体换热器提供新风，所述主风机的出风口与所述气体换热器的新风进口连通，所述气体换热器的新风出口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供热风；

还包括：

循环风机，所述循环风机的进风口也与所述除尘净化设备的进风口连通，所述循环风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第一进风口连通以提供循环烟气；

烟气循环系数比值为新风的标准工况体积与参与循环的烟气量比值，烟气循环系数比值范围是1:0.10～3.75，一氧化碳含量控制在0.15～4.75％。

10.如权利要求6所述的立式悬浮沸腾反应系统，其特征在于，不包括换热器与除尘净化设备，

所述立式悬浮沸腾反应装置的上部具有第二进风口，所述的立式悬浮沸腾反应装置的第一原料进口与所述原料均化处理设备的原料出口连通；

还包括高温除尘器，高温除尘器的烟气进口与立式悬浮沸腾反应装置的烟气出口连通；

还包括循环水喷淋设备，其烟气进口与所述高温除尘器的烟气出口连通；

还包括循环风机，所述循环风机的进风口也与所述循环水喷淋设备的烟气出口连通，所述循环风机的出风口与所述立式悬浮沸腾反应装置的第二进风口连通以提供含有煤气的循环烟气与水蒸汽混合气体；

所述引风机的进风口改与所述循环水喷淋设备的烟气出口连通，所述引风机的出风口改与煤气管道或储气罐连通。

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